CN113025088A - 一种液态金属屏蔽辐射涂层材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液态金属屏蔽辐射涂层材料及其制备方法，属于材料技术领域。以涂层材料的摩尔量为100计，本发明涂层材料为GaxIn100‑x、GayIn80‑ySn20、GazIn40‑zSn20Bi20或GavInwSn20Bi20Zn20，其中，x为20～80，y为20～50，z为10～20，v为15～25，w为15～25。本发明低熔点液态金属屏蔽辐射涂层材料拥有较好的质量衰减系数，在相同质量衰减系数下与传统的铅相比质量可降低13％左右。
Description
技术领域
本发明涉及一种液态金属屏蔽辐射涂层材料及其制备方法，属于材料技术领域。
背景技术
电离辐射在医学诊断、癌症治疗、核科学、科学研究和食品安全领域等领域的广泛应用。高能电离辐射，如X射线和伽马射线，可能对细胞产生不利影响。在辐射屏蔽保护不足的情况下，长期暴露在过量的辐射剂量下会严重危害人体健康，导致辐射病、癌症甚至死亡。此外，X射线和伽马射线可能对材料的物理和化学性质的影响。
高原子序数和密度的材料与光子发生相互作用的概率较高，这是由于高能量与光子的相互作用会受到二次效应的减弱。铅的密度高(11.35g/cm3)，原子序数高，是最常用的辐射屏蔽材料。但铅的密度、硬度和特别的毒性限制了其在工业生产中的进一步应用。因此，在满足屏蔽效率的条件下，开发一种无毒、轻、软的铅替代屏蔽材料非常必要。
发明内容
本发明针对现有技术辐射屏蔽材料铅的密度、硬度和毒性的问题，提供一种液态金属屏蔽辐射涂层材料及其制备方法，本发明低熔点液态金属屏蔽辐射涂层材料拥有较好的质量衰减系数，在相同质量衰减系数下与传统的铅相比质量可降低13％左右。
一种液态金属屏蔽辐射涂层材料，以涂层材料的摩尔量为100计，涂层材料为GaxIn100-x、GayIn80-ySn20、GazIn40-zSn20Bi20或GavInwSn20Bi20Zn20，其中，x为20～80，y为20～50，z为10～20，v为15～25，w为15～25。
所述液态金属屏蔽辐射涂层材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将金属单质原料经稀盐酸清洗去除氧化层，采用去离子水清洗后放入丙酮中超声处理去除表面油脂，再经去离子水清洗，干燥即得纯金属物质；
(2)按化学计量比，将步骤(1)纯金属物质混合均匀，置于真空感应炉内匀速升温并恒温熔炼，随炉冷却得到合金样品，即得液态金属屏蔽辐射涂层材料；
所述步骤(1)稀盐酸的质量浓度为3～5％；
所述步骤(2)熔炼温度为120～430℃(依据不同组元的相图的共晶点)，熔炼时间为2～4h，匀速升温速率为5～10℃/min；
本发明的有益效果是：
(1)本发明低熔点液态金属屏蔽辐射涂层材料拥有较好的质量衰减系数，在相同质量衰减系数下与传统的铅相比质量可降低13％左右；
(2)本发明方法操作方便，工艺简单，低熔点液态金属屏蔽辐射涂层材料的辐射屏蔽性能好；
(3)本发明辐射屏蔽涂层材料可作为高能电离辐射的屏蔽涂层材料，具有较好的粘度易于涂覆在柔性材料表面制备柔性辐射屏蔽材料。
附图说明
图1为实施例1液态金属屏蔽辐射涂层材料的X射线屏蔽XRD谱图；
图2为实施例1和2液态金属屏蔽辐射涂层材料的质量衰减系数；
图3为实施例1和2液态金属屏蔽辐射涂层材料的伽马射线透射系数；
图4为实施例3和4液态金属屏蔽辐射涂层材料的质量衰减系数。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：本实施例液态金属屏蔽辐射涂层材料为Ga83In17；
液态金属屏蔽辐射涂层材料Ga83In17的制备方法，具体步骤如下：
(1)将金属单质原料Ga和In经质量浓度为3～5％的稀盐酸清洗去除氧化层，采用去离子水清洗后放入丙酮中超声处理去除表面油脂，再经去离子水清洗，干燥即得纯金属物质Ga和In；
(2)按Ga和In的化学计量比83:17，将步骤(1)纯金属物质Ga和In混合均匀，置于真空感应炉内，以5～10℃/min的升温速率匀速升温至120℃并恒温熔炼2～4h，随炉冷却得到合金样品，即得液态金属屏蔽辐射涂层材料；
本实施例液态金属屏蔽辐射涂层材料的X射线屏蔽XRD谱图见图1，如图1所示，厚度为84微米下对X射线屏蔽率为98.3％，与同等屏蔽性能厚度为60微米的铅相比，质量降低了13.6％左右，并且由于高粘度易于均匀涂覆在铜片上；液态金属屏蔽辐射涂层材料的质量衰减系数见图2，如图2所示，在0.015MeV至15MeV的光子能量下，质量衰减系数随能量升高而降低，质量衰减系数为74.2973-0.0349cm2/g；液态金属屏蔽辐射涂层材料的伽马射线透射系数见图3，如图3所示，伽马射线透射系数随涂层材料厚度增加而线性减少，厚度0.5-4cm，透射系数为0.7717-0.1260。
实施例2：本实施例液态金属屏蔽辐射涂层材料为Ga20In20Sn20Bi20Zn20；
液态金属屏蔽辐射涂层材料Ga20In20Sn20Bi20Zn20的制备方法，具体步骤如下：
(1)将金属单质原料Ga、In、Sn、Bi和Zn经质量浓度为3～5％的稀盐酸清洗去除氧化层，采用去离子水清洗后放入丙酮中超声处理去除表面油脂，再经去离子水清洗，干燥即得纯金属物质Ga、In、Sn、Bi和Zn；
(2)按Ga、In、Sn、Bi和Zn的化学计量比20:20:20:20:20:20，将步骤(1)纯金属物质Ga、In、Sn、Bi和Zn混合均匀，置于真空感应炉内，以5～10℃/min的升温速率匀速升温至430℃并恒温熔炼2～4h，随炉冷却得到合金样品，即得液态金属屏蔽辐射涂层材料；
液态金属屏蔽辐射涂层材料的质量衰减系数见图2，如图2所示，在0.015MeV至15MeV的光子能量下，质量衰减系数随能量升高而降低，质量衰减系数79.6746-0.0451cm2/g，液态金属屏蔽辐射涂层材料的伽马射线透射系数见图3，如图3所示，伽马射线透射系数随涂层材料厚度增加而线性减少，厚度0.5-4cm,透射系数为0.6506-0.0332，相同透射系数下比铅质量减少13.1％。
实施例3：本实施例液态金属屏蔽辐射涂层材料为Ga50In30Sn20；
液态金属屏蔽辐射涂层材料Ga50In30Sn20的制备方法，具体步骤如下：
(1)将金属单质原料Ga、In和Sn经质量浓度为3～5％的稀盐酸清洗去除氧化层，采用去离子水清洗后放入丙酮中超声处理去除表面油脂，再经去离子水清洗，干燥即得纯金属物质Ga、In和Sn；
(2)按Ga、In和Sn的化学计量比50:30:20，将步骤(1)纯金属物质Ga、In和Sn混合均匀，置于真空感应炉内，以5～10℃/min的升温速率匀速升温至260℃并恒温熔炼2～4h随炉冷却得到合金样品，即得液态金属屏蔽辐射涂层材料；
液态金属屏蔽辐射涂层材料的质量衰减系数见图4，如图4所示，在0.015MeV至15MeV的光子能量下，质量衰减系数随能量升高而降低，质量衰减系数65.0732-0.0393cm2/g。
实施例4：本实施例液态金属屏蔽辐射涂层材料为Ga40In20Sn20Bi20；
液态金属屏蔽辐射涂层材料Ga40In20Sn20Bi20的制备方法，具体步骤如下：
(1)将金属单质原料Ga、In、Sn和Bi经质量浓度为3～5％的稀盐酸清洗去除氧化层，采用去离子水清洗后放入丙酮中超声处理去除表面油脂，再经去离子水清洗，干燥即得纯金属物质Ga、In、Sn和Bi；
(2)按Ga、In、Sn和Bi的化学计量比40:20:20:20，将步骤(1)纯金属物质Ga、In、Sn和Bi混合均匀，置于真空感应炉内，以5～10℃/min的升温速率匀速升温至300℃并恒温熔炼2～4h，随炉冷却得到合金样品，即得液态金属屏蔽辐射涂层材料；
液态金属屏蔽辐射涂层材料的质量衰减系数见图4，如图4所示在0.015MeV至15MeV的光子能量下，质量衰减系数随能量升高而降低，质量衰减系数75.2877-0.0424cm2/g。
上面对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种液态金属屏蔽辐射涂层材料，其特征在于：以涂层材料的摩尔量为100计，涂层材料为GaxIn100-x、GayIn80-ySn20、GazIn40-zSn20Bi20或GavInwSn20Bi20Zn20，其中，x为20～80，y为20～50，z为10～20，v为15～25，w为15～25。
2.权利要求1所述液态金属屏蔽辐射涂层材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将金属单质原料经稀盐酸清洗去除氧化层，采用去离子水清洗后放入丙酮中超声处理去除表面油脂，再经去离子水清洗，干燥即得纯金属物质；
(2)按化学计量比，将步骤(1)纯金属物质混合均匀，置于真空感应炉内匀速升温并恒温熔炼，随炉冷却得到合金样品，即得液态金属屏蔽辐射涂层材料。
3.根据权利要求1所述液态金属屏蔽辐射涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)稀盐酸的质量浓度为3～5％。
4.根据权利要求1所述液态金属屏蔽辐射涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)熔炼温度为120～430℃，熔炼时间为2～4h，匀速升温速率为5～10℃/min。
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